DE1087831B - Verfahren zur optischen Pruefung von durchscheinenden, an ihrer Oberseite mit einer OEffnung versehenen Hohl-koerpern sowie Vorrichtung zur Ausuebung des Verfahrens - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Prüfung von durchscheinenden, an ihrer Oberseite mit einer Öffnung versehenen Hohlkörpern, bei dem. eine Durchleuchtung der Hohlkörperwandungen und Beobachtung der Sekundär-Lichtstrahlen erfolgt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Risse, Bräche, Spalte oder andere Flächenfehler wahrgenommen werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine photoelektrische Zelle oder ein Photoelektronetivervielfacher, der in dem Weg des von der zu prüfenden Fläche zurückgeworfenen Lichtes angeordnet ist, durch irgendeine plötzliche Änderung des zurückgeworfenen Lichtes beeinflußt, wie sie durch einen in den Lichtweg hineingebrachten Fehler verursacht wird.

Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung werden in bevorzugter Ausführungsform zur Prüfung von Hohlkörpern mit runder Fläche, wie Flaschen, Gefäßen oder anderen Behältern, verwendet, insbesondere zur Prüfung von Schleifflächen oder Randteilen der Gegenstände zwecks Entdeckung irgendwelcher Fehler,- die einer einwandfreien Verschließung des Behälters 'entgegenwirken könnten. Risse oder Brüche an der Schleif- oder Dichtungsfläche solcher ■ Gegenstände erstrecken sich gewöhnlich in radialer Richtung, und die bisher bekanntgewordenen Prüfvorrichtungen sind zur Entdeckung solcher Fehler derart angeordnet, daß sie einen Strahl unter einem gewissen Winkel auf die zu prüfende Oberfläche werfen, wobei die Photozelle zum Empfang des zurückgeworfenen Lichtes im Weg des reflektierten Strahles angeordnet ist. Es kommt jedoch oft vor, daß sich die Risse oder andere Fehler in anderen Richtungen erstrecken, so daß die üblichen Prüfvorrichtungen zur Entdeckung solcher Fehler wenig gut geeignet sind.

Es ist bereits 'eine auf elektrooptischen! Wege wirkende Sortiervorrichtung bekanntgeworden, mit welcher Massengüter, beispielsweiseBohnen, entsprechend der gewünschten Farbe aussortiert werden können. Bei einer derartigen Einrichtung werden die einzelnen Gegenstände, also beispielsweise Bohnen, am Umfang einer rotierenden Scheibe angeordnet. Es ist ferner an einer Seite dieser Scheibe ein photoelektrisches Gerät, beispielsweise in Form einer Photozelle, vorgesehen, wobei mit Hilfe eines optischen Systems jede einzelne Bohne auf ihre Farbe hin abgetastet wird. Hierbei wird das von einer Lichtquelle herrührende Licht von der Bohne reflektiert und über das optische System der Photozelle zugeführt, mit welcher eine geeignete Verstärkungsvorrichtung verbunden ist. Der in'dieser Einrichtung wirkende verstärkte Strom steht mit einer Zelle in Verbindung, in welcher ein als Tauchmagnet ausgebildeter Stößel entsprechend den jeweiligen elektrischen Impulsen bewegt wird, Verfahren zur optischen Prüfung
von durchscheinenden, an ihrer Oberseite

mit einer öffnung versehenen Hohlkörpern sowie Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens

Anmelder:

Owens-Illinois Glass Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

William J. Fedorchak, Granite City, IU. (V. St. A.),
ist a-s Erfinder genannt worden

der die der gewünschten Farbe entsprechenden Bohnen von der drehenden Scheibe löst und damit von den andersfarbigen Bohnen! aussondert. Gegenüber dem optischen System ist eine verstellbare Scheibe vorgesehen, welche in radiale Sektoren verschiedenen Reflektionsvermögens unterteilt ist. Die Photozelle und das Linsensystem sind dabei so angeordnet, daß erstere das von der Bohne auf die verstellbare Scheibe reflektierte Licht und gleichzeitig auch einen vernachlässigbaren Teil desselben von dem angrenzenden Teil der Scheibe empfängt.

Es ist ferner eine Beobachtungsvorrichtung bekannt, bei welcher an einer Lichtquelle vorbeigeführte Flaschen auf einem Vergrößerungsspiegel abgebildet werden, derart, daß die die Vorrichtung bedienende Person an Hand des vergrößerten Bildes irgendwelche Fremdkörper und Verunreinigungen leicht feststellen kann.

Schließlich ist es nicht mehr neu, eine Vorrichtung so auszubilden, daß etwaige auf dem Boden von durchsichtigen Flaschen u. dgl. befindliche Fremdkörper ' und Verunreinigungen mit Leichtigkeit festgestellt werden können. Zu diesem Zwecke wird das zu untersuchende gefüllte Gefäß über einer Lichtquelle angeordnet, wobei der hierdurch gebildete Lichtstrahl durch den Boden des Gefäßes hindurchgeleitet und einem über dem Glas des Gefäßes angeordneten lichtempfindlichen Gerät zugeführt wird. Dabei ist das

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lichtempfindliche Gerät, beispielsweise eine Photozelle, so angeordnet, daß ein elektrischer Stromkreis geregelt wird, derart, daß bei Verringerung der Intensität des auf die Zelle einfallenden Lichtes unter einen ganz bestimmten Wert der in dem Stromkreis entstehende Stromstoß über entsprechende Verstärkereinrichtungen auf ein Gerät wirkt, welches die in der Flüssigkeit befindlichen Fremdkörper anzeigt.

Demgegenüber richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur optischen Prüfung von durchscheinenden, an ihrer Oberseite mit einer Öffnung versehenen Hohlkörpern durch Durchleuchtung der Hohlkörperwandungen und Beobachtung der Sekundär-Lichtstrahlen, dessen wesentliches Merkmal darin zu erblicken ist, daß man die Hohlkörperwandüngen von außen mit einer Mehrzahl von Primär-Lichtstrahlen abtastet, zumindest einen Teil des durch die Wandungen hindurchgehenden Lichtes über die Hohlkörperöffnung herausreflektiert und ein der Intensität dieses sekundären Lichtstrahles entsprechendes elektrisches Signal ableitet, welches dazu verwendet wird zu prüfen, ob die optischen Eigenschaften des Hohlkörpers den Normen entsprechen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich vorzugsweise auf die Prüfung eines Hohlkörpers mit runder Fläche, bei welchem zwei Primärstrahlen gegen verschiedene Teile der Fläche gerichtet werden. Vorteilhaft schließt jeder Primärstrahl am Auftreffpunkt einen Winkel von 45° mit der Fläche des Hohlkörpers ein, wobei dieser unter Beibehaltung einer festen Lage des Primärstrahles um die Achse der runden Fläche gedreht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens umfaßt eine Mehrzahl von Lichtquellen zur Erzeugung von gegen die Fläche des Gegen-Standes gerichteten Lichtstrahlen und eine Photozelle zum Empfang des die Fläche verlassenden Lichtes sowie ein auf die Ausgangsspannung der Photozelle in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der Fläche ansprechendes Anzeigegerät.

Fig. 1 der Zeichnungen stellt eine Seitenansicht im Schnitt einer Vorrichtung nach einer vorzugsweisen Ausführungsform dar;

Fig. 2 ist ein' teilweiser Schnitt, der eine Bogenlampe, Sammellinsen sowie ein reflektierendes Prisma darstellt;

Fig. 3 ist ein schematisches Bild über die Lichtquellen und den Verlauf der Lichtstrahlen;

Fig. 4 ist ein schematisches Bild einer abgeänderten Ausführungsform, das den Verlauf der Lichtstrahlen veranschaulicht;

Fig. 5 und 6 stellen die rechte bzw. die linke Hälfte eines Abbeschen Prismas dar;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fehlerprüfvorrichtung;

Fig. 8 ist eine isometrische Ansicht eines Prismas, durch das das einfallende Licht in zwei miteinander einen Winkel einschließende Strahlen aufgespalten wird;

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer Fehlerprüfvorrichtung, bei der jeder der beiden von verschiedenen Lichtquellen stammenden Strahlen mittels eines Prismas der in der Fig. 8 gezeigten Art aufgespalten wird;

Fig. 10. ist ein Blockschema über die Art der Ausnutzung der Ausgangsspannung des Elektronenvervielfachers.

Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, ist die dargestellte Vorrichtung zur Messung und Prüfung von hohlen Glasbehältern, z. B. Gefäßen 15, insbesondere zur Messung des Durchmessers des Gefäßhalses oder der dort vorhandenem Schleiffläche sowie auch zur Untersuchung der Randfläche oder Schleiffläche des Gefäßes auf das Vorhandensein von Oberflächenfehlern geeignet. Bei der Prüfung wird das Gefäß von einer Stütze 16 gehalten, die an einem Traggerüst um eine vertikale Achse gelagert ist. Die Stütze kann mittels eines Zahnradantriebes 18 gedreht werden. Die Stütze 16 und das Gerüst 17 sind in vertikaler Richtung zwecks Hebens des Gefäßes in die Prüflage beweglich. Beim Heben des Gefäßes in die Prüflage wird ein. Zentrierkegel 20 in die öffnung desselben eingeführt und hält es gegen seitliche Verschiebungen fest. Das Gefäß wird im Verlauf des Untersuchungs- und Meßverfahrens um seine Achse gedreht.

Die Vorrichtung zur Prüfung des Behälters 15 auf das Vorhandensein von oberflächlichen Fehlern, wie Rissen und Brüchen, umfaßt verschiedene Lichtquellen 36 in der Form von Intensiv-Kohlebogenlampen. Die Elektroden 37 (Fig. 2) sind in einer Glashülle 38 untergebracht, die von einer isolierenden Hülse oder Gehäuse 39 getragen wird. Jede Lampe wird von einem Tragarm 40 getragen!, der mit einer geschlitzten, die Lampe festklemmenden Hülse 41 ausgebildet ist. Die Strahlung der Lampe kann der Hauptsache nach aus blauen, violetten und ultravioletten Strahlen bestehen. Der Lichtstrahl wird durch Sammellinsen 42, die in einer Hülse 43 montiert sind, nach unten gerichtet. Der Arm 40 ist mit einem geschlitzten Kragen 44 versehen, durch den die Hülse 43 am Arm festgeklemmt wird. Die Arme 40 mit den von ihnen getragenen Lampen und Sammellinsen sind an einem rohrförmigen Träger angeordnet, der einen inneren Rohrteil 46 umfaßt, der auf einer Bodenplatte angeordnet ist, sowie eine den Rohrteil 46 umgebende Hülse 47. Die Tragarme 40 sind mit Armen 48 und damit zusammenhängenden Lagerhülsen 49, die die Hülse 47 umgeben, versehen.

Ein reflektierendes Prisma 51 ist in einem im Trag- . arm 40 vorgesehenen rohrförmigen Halter 50 angebracht. Das Prisma ist mit einer reflektierenden Fläche 52 ausgebildet, die eine Neigung von 45° besitzen kann und. die den Lichtstrahl horizontal reflektiert und gegen den Rand oder die Schleiffläche des Behälters richtet. Der von der Fläche 52 horizontal reflektierte Strahl wird durch einen Lichtweg geleitet, der in einer an der unteren Fläche der Bodenplatte befestigten Platte54 ausgebildet ist. Der Zentrierkegel 20 ist mit einem innerhalb desselben angebrachten reflektierenden Prismas versehen, durch das das Licht nach oben einer Photovervielfacherzelle 55 (Fig. 3) zugeleitet wird, die genau vertikal oberhalb des Gefäßes 15 angeordnet ist.

Der Verlauf der Lichtstrahlen α und b ist in der Fig. 3 durch gestrichelte Linien und Pfeile angedeutet. Wie aus der Figur ersichtlich, wird der von der Lampe 36 erzeugte Strahl α vom Prisma 51 in der horizontalen Richtung 56 zu einem Punkt 57 auf dem Rand oder der Schleiffläche des Gefäßes 15 geleitet. Der am Punkt 57 abgelenkte Strahl wird nach seinem Durchgang durch die Glaswand des Behälters gegen ein Prisma 58 geworfen, durch das es reflektiert und in vertikaler Richtung nach oben der Zelle 55 zugeleitet wird. Das Prisma 58 ist hier als ein aus gesonderten rechten und linken Halbteilen' zusammengesetztes Abbesches. Prisma dargestellt, dessen Teile in den Fig. 5. und 6 isometrisch dargestellt sind. Das in der Fig,S dargestellte Halbprisma 58 besitzt eine hori-

zontale obere Fläche59, eine vertikale Fläche59a, eine vertikale Fläche 60 und eine schräge Fläche 62. Der Strahl tritt durch die Fläche 59 α in das Prisma ein und trifft auf die Fläche 60 am Punkt 61 auf. Das von der Fläche 60 zurückgeworfene Licht fällt auf die schräge Fläche 62 des Prismas im Punkte 63 und wird davon wie ein in der vertikalen Linie 64 verlaufender Strahl reflektiert.

Die Prismen 58 und 58 α (Fig. 5 und 6) sind ähnlicher Ausführung, indem das eine ein Rechts- und das andere ein Links-Prisma ist. Die Strahlungsquellen, die je eine Bogenlampe36 umfassen, sowie die Sammellinsen und die reflektierenden Prismen sind auf beiden Seiten der Drehachse des Behälters 15 symmetrisch angeordnet. Die gegen den Rand des Behälters horizontal gerichteten Strahlen können mit Bezug auf den Behälter radial und vorzugsweise gegeneinander senkrecht, d. h. unter Einschließung eines rechten Winkels konvergierend, verlaufen.

In dem Weg des vertikalen Lichtstrahles zwischen den reflektierenden Prismen und der Photovervielfacherzelle 55 sind polarisierende Filter angeordnet. Diese Filter sind als horizontale Scheiben ausgebildet und sind gegeneinander durch relative Verdrehung einstellbar zur Regulierung der der Photozelle 55 normal zugeführten Lichtmenge innerhalb des Bereiches der größten Empfindlichkeit der Photozelle. Wie in der Fig. 1 dargestellt, sind die Polarisierscheiben 66 in Rohrteilen des rohrförmigen Teiles 46 angebracht. Der die obere Scheibe tragende Rohrteil ist zur Einstellung der Scheibe drehbar und wird in der eingestellten Lage durch eine Einstellschraube 66a gehalten.

Beim Benutzen der Vorrichtung wird das Gefäß 15 auf die Stütze 16 gesetzt, während diese sich in der gesenkten Lage befindet. Die Stütze wird danach gehoben, so- daß das Gefäß in die Prüflage kommt, wobei der Zentrierkegel 20 in das Gefäßinnere hineinragt. In dieser Lage wird das Gefäß in Umdrehung versetzt, so daß die Lichtstrahlen die von ihnen getroffene Fläche abtasten. Die Drehung soll einen genügend großen Winkel haben, damit der ganze Umkreis der geprüften Fläche von beiden Strahlen abgetastet wird. Jeglicher Oberflächenfehler, z. B. in der Form eines Bruches oder Risses, erzeugt beim Einführen desselben in den Lichtweg eines der Strahlen eine plötzliche Änderung in der Intensität des in die Zelle 55 einfallenden Lichtes. Die Zelle erzeugt eine Zeichenspannung, die in der in Fig. 10 angedeuteten Weise einem Verstärker 70 zugeführt wird. Die verstärkte Zeichenspannung wird einem Ausnutzungskreis 71 zugeführt und kann zur Beeinflussung eines Thyratrons, eines einer Auswerfeinrichtung beeinflussenden Relaiskreises, einer Warnungslampe oder einer die Auswerfvorrichtung steuernden Gedächtnisschaltung oder irgendeines anderen erwünschten Vorganges benutzt werden.

In der Fig. 7 sind die reflektierenden Prismen 51 sowie die Prismen 58 so angeordnet, daß die Lichtstrahlen den Rand des Gefäßes an im wesentlichen diametral entgegengesetzten Punkten treffen. Bei dieser Vorrichtung sind die beiden Teilprismen, des Abbeschen Prismas, wie gezeigt, mit gewissem gegenseitigem Abstand angeordnet.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, bei der die von beiden Lichtquellen ausgesandten Strahlen mit im wesentlichen parallelem Verlauf auf das Gefäß 15 geworfen werden. Die Strahlen treffen auf den Rand des Behälters an Punkten 73, deren am Umkreis gemessener gegenseitiger Abstand 90° oder kleiner sein kann. Das Licht trifft die Außenfläche des Gefäßes und wird erst beim Eintreten in das Glas und wieder einmal beim Austreten an der Innenfläche des Gefäßes abgelenkt, wodurch die beiden Strahlen aufeinander zu gerichtet werden und in die reflektierenden Prismen eintreten, um durch diese nach oben umgelenkt zu werden.

Die Fig. 8 zeigt eine angeänderte Form eines reflektierenden Prismas 75 zur Aufspaltang des einfallenden Lichtes in zwei gesonderte Strahlen 76 und 77, die aus den Prismen heraustreten und unter Einschließung eines spitzen Winkels weitergeleitet werden. Der Lichtstrahl tritt am Punkt 78 in das Prisma hinein und wird an der Schnittlinie 80 zweier reflektierender Flächen 81 und 82 gespalten. Die von diesen Flächen reflektierte Strahlung ist divergent und besteht aus einem Teilstrahl 77, der gegen eine Fläche 83 geworfen wird, um dort abgelenkt zu wenden und das Prisma am Punkt 84 zu verlassen, sowie aus einem anderen Teilstrahl 76, der am Punkt 85 aus dem Prisma heraustritt.

Die Fig. 9 zeigt schematisch eine Vorrichtung, bei der ein Paar Prismen 75 in den beiden Lichtwegen der Strahlen vorgesehen sind. Die Lichtquellen sind als Lampen 87 dargestellt. Die Lichtstrahlen werden durch Sammellinsen 42 sowie durch in den die Prismen 75 tragenden Hüllen 89 vorgesehene Öffnungen 88 geleitet. Die Strahlen werden in der schon beschriebenen Weise (vgl. Fig. 8) reflektiert und aufgespalten, so daß die beiden von jedem Prisma erzeugten Strahlen gegen den Rand des geprüften Gefäßes geworfen werden. Die beiden von jedem Prisma 75 herrührenden Strahlen konvergieren im wesentlichen oder wenigstens annähernd auf einen Punkt der geprüften Fläche. Es ergibt sich also, daß die Prüfstrahlen bei dieser Vorrichtung den Rand des Gefäßes gleichzeitig aus vier verschiedenen Richtungen treffen. Nach ihrem Durchgang durch das Gefäß werden die Strahlen wieder in der schon erläuterten Weise reflektiert und nach oben der Photovervielfachungszelle 55 zugeleitet.

Der hier verwendete Ausdruck »Lichtstrahl« soll jede Art von sichtbarer oder unsichtbarer Strahlung mit umfassen, auf die die Photozelle ansprechen kann.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur optischen Prüfung von durchscheinenden, an ihrer Oberseite mit einer öffnung versehenen Hohlkörpern, bei dem eine Durchleuchtung der Hohlkörperwandungen und Beobachtung der Sekundär-Lichtstrahlen erfolgt, dadurch, gekennzeichnet, daß man die Hohlkörperwandungen von außen mit einer Mehrzahl von Primär-Lichtstrahlen abtastet, zumindest einen Teil des durch die Wandungen hindurchgehenden Lichtes über die Hohlkörperöffnung herausreflektiert und ein der Intensität dieses sekundären Lichtstrahles entsprechendes elektrisches Signal ableitet, welches dazu verwendet wird zu prüfen, ob die optischen Eigenschaften des Hohlkörpers den Normen entsprechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Prüfung eines Hohlkörpers mit runder Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Primärstrahlen gegen verschiedene Punkte der Fläche gerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Primärstrahl am Auftreffpunkt einen Winkel von 45° mit der Fläche des Hohlkörpers einschließt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper unter Beibehaltung einer festen. Lage des Primärstrahles um die Achse der runden Fläche gedreht wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfallrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Lichtquellen, die so angeordnet und ausgerichtet sind, daß ihre Lichtstrahlen eine Wandung des Hohlkörpers durchdringen, eine im Inneren des Hohl- ι» körpers angeordnete Reflektoranordnung, welche das durch die Wandungen übertragene Licht auffängt und über die Hohlkörperöffnung nach außen wirft, und eine Fotozelle, welche das reflektierte Licht auffängt und mit ihrem Ausgang eine optische Überwachungs- oder Anzeigevorrichtung beaufschlagt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Lichtquellen derart angeordnet sind, daß sie auf die Hohlkörperwandung voneinander getrennte Einzelstrahlen werfen, wobei die aus der Hohlkörperwandung austretenden Lichtstrahlen über einen gemeinsamen Lichtpfad der Fotozelle zugeführt werden. ·

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, gekennzeichnet durch solche Anbringung und Ausbildung des reflektierenden Systems, daß das Licht im wesentlichen entlang der Achse des Hohlkörpers reflektiert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch zwei Lichtquellen zur Erzeugung zweier im wesentlichen, senkrecht zu einer Achse des Hohlkörpers verlaufender Strahlen, die auf die Fläche desselben unter einem Winkel von 45° einfallen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozelle als Sekundärelektronenvervielfacher ausgebildet ist und in einem damit verbundenen Kreis einen Spannungsimpuls erzeugt, wenn ein optisch wahrnehmbarer Fehler in den Weg des. Lichtstrahles gebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 458 813;
USA.-Patentschriften Nr. 1 945 395, 2 051 946;
britische Patentschrift Nr. 517 229;
Photo-Technik u. Wirtschaft, 1956, H. 1, S. 1OfE.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

®i 009 588/212 8.60